本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料fe2o3的制备方法。
背景技术：
近几年，由于环境的恶化和传统能源的不可再生，绿色和可循环的锂离子电池得到迅速发展。锂离子电池因其工作电压高、能量密度大、循环寿命长、工作温度范围广和安全无记忆效应等优点开始在电动汽车领域发挥其价值。然而，当前商业化的负极材料-石墨由于克容量低，很大程度上限制了锂离子电池的容量提升。所以，提高负极材料的克容量和寻找石墨的替代材料显得尤为重要。
fe2o3作为负极材料具有高的比容量、高安全、价格低廉、自然资源丰富和无毒，被认为是最有希望成为商业石墨负极的替代材料。如cn106328930a公开了一种锂离子电池负极材料α-fe2o3的制备方法，包括：(1)将fecl3溶液和乙二醇在室温下搅拌，均匀混合，得到溶液a；(2)将naoh溶液及去离子水加入溶液a中，搅拌，得到溶液b；(3)在溶液b中加入十二烷基苯磺酸钠，得到溶液c；(4)将溶液c转入高压釜中，在200-250℃、5-6mpa的条件下反应20-30h，将所得产物fe(oh)3离心分离、真空干燥，热处理，得到负极材料α-fe2o3，实验得到它的首次充放电比容量达到956.6mah·g-1。
然而，fe2o3在充放电过程中由于其大的体积变化造成的极片粉化阻止了其实际应用。人们通过改变fe2o3的形貌和fe2o3的复合材料来降低体积变化带来的影响。随着纳米技术的不断发展，纳米结构的负极材料由于具有较快的锂离子脱出/嵌入动力学性能而得到广泛关注。较小尺寸的纳米粒子负极材料具有高效的电子传输路径和较短的离子扩散路径，并且可以缓冲充放电过程中结构上的应变，使得负极材料结构更为稳定。因此，如何获得具有纳米尺寸的fe2o3是本领域技术人员需要解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、易于实施的制备锂离子电池负极材料fe2o3的方法，制备得到fe2o3具有纳米结构，有效克服其体积变大的问题，提高作为锂离子电池负极材料的电化学性能。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种锂离子电池负极材料fe2o3的制备方法，包括以下步骤：
(1)将表面活性剂溶解到油相和助表面活性剂组成的混合液中得到溶液a，往溶液a中滴入可溶性铁盐溶液，使水油比控制在15-25，然后超声振荡至溶液呈澄清透明，制得微乳液b；
(2)将微乳液b转入反应釜中，60-80℃条件下反应12-16h，获得反应液c；
(3)反应液c离心收集固相，水洗、干燥，制得具有纳米尺寸的fe2o3粉末。
所述的水油比为水与表面活性剂的摩尔比，水油比决定了微乳液中水滴的粒径，作为优选，水油比ω＝20。可溶性铁盐易发生水解反应生成fe2o3，由于水解反应被限制在纳米级尺寸的微乳液水核中，进而限制了fe2o3的尺寸大小。因此，利用本发明的制备方法可获得具有纳米结构的fe2o3。
所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(ctab)、二(2-乙基己基)磺基琥珀酸酯钠(naaot)、十二烷基硫酸钠(sds)、十二烷基苯磺酸钠(sdbs)中的至少一种。
所述油相为异辛烷、环己烷、正庚烷、正辛烷中的至少一种。
所述助表面活性剂为正丁醇、异戊醇、异丙醇、丙三醇中的至少一种。
所述可溶性铁盐为氯化铁、硫酸铁或硝酸铁。
作为优选，所述可溶性铁盐溶液中铁离子的浓度为0.02-1.0mol/l。
作为优选，步骤(1)中，所述混合液中油相与助表面活性剂的体积比为5-10:1，所述溶液a中表面活性剂的浓度为0.05-0.15mol/l。
作为优选，步骤(1)中，所述超声的频率为20-40khz。
作为优选，步骤(3)中，所述干燥的温度为50-60℃，时间为5-6h。
由本发明方法制备得到的fe2o3结构为类球形，平均直径为50-100nm，作为锂离子负极材料，其纳米结构可以缓冲充放电过程中结构上的应变，使得锂离子电池负极结构更为稳定。
本发明还提供了一种锂离子电池负极，包括由所述制备方法制得的锂离子电池负极材料。
作为优选，所述的锂离子电池负极材料fe2o3的添加量占电池负极材料总质量的80-90％。
本发明具备的有益效果：
(1)本发明将易于水解的可溶性铁盐，限制在尺寸大小可控的油包水的微乳液中，从而使铁盐只能在微乳液的水核中发生水解反应，最后通过离心水洗和烘干后，得到纳米尺寸的fe2o3粉末。该制备方法工艺简单、易于实施，只需一步法就可制备得到，有利于推广应用。
(2)利用本发明制备方法制得的fe2o3，其纳米级尺寸有利于电子传输和锂离子扩散，同时可缓冲充放电过程中结构上的应变，从而大大提高了材料的电化学性能。
附图说明
图1为实施例1制备的负极材料fe2o3的x射线衍射(xrd)图。
图2为实施例1制备的负极材料fe2o3的低倍(a)和高倍(b)fesem图。
图3为实施例1制备的负极材料fe2o3在不同倍率下的充放电曲线图(a)和倍率性能图(b)。
图4为实施例1制备的负极材料fe2o3在不同倍率下的循环性能图，其中(a)为0.8c倍率下的循环性能，(b)为1.6c倍率下的循环性能。
图5为实施例1制备的负极材料fe2o3在0.1c倍率下的前3次充放电曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
1、高容量fe2o3锂离子电池负极材料制备
在室温下，称取0.242g的硝酸铁固体，加入到20ml的去离子水中，充分振荡，使得硝酸铁固体全部溶解，配制成0.05m的硝酸铁溶液备用。
在30ml的玻璃瓶中依次加入0.5gctab，10ml异辛烷，1ml正丁醇，然后滴入0.5ml上述的硝酸铁溶液，使得水油比ω＝20。在超声波清洗器中超声振荡几分钟，直到混合溶液变澄清，即得到含有硝酸铁溶液的微乳液。
将配制得到的微乳液倒入聚四氟乙烯材质的反应釜中，放入60℃烘箱中，搁置12h后取出，将反应釜中的液体倒入离心管中，经过离心水洗3次后，得到fe2o3粉末。然后在50℃干燥6h，即可得到高容量fe2o3负极材料。
图1为本实施例所得产物的xrd图，从图中可以看出产物为α型的fe2o3。
图2为本实施例所得纳米尺寸的fe2o3的低倍fesem图(图2(a))和高倍fesem图(图2(b))，从图中可以看出fe2o3是类球形，直径大小均一，尺寸在50-100nm之间。
2、电化学性能分析
将本实施例的纳米尺寸的fe2o3与乙炔黑、聚偏氟乙烯(pvdf)以配比8:1:1(质量比)充分混合调成糊状均匀涂敷在铜箔上，涂敷厚度为200μm，于65℃烘干、压实后做成正极片。(此处需要说明：fe2o3是负极材料，但是在半电池中是作为正极)，以金属锂片作为负极，cellgard2400型聚丙烯膜作隔膜，1mlipf6溶液(碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯(体积比＝1：1))为电解液，在氩气手套箱内装配成实验电池。然后在25℃下对此电池进行恒电流充放电实验。
结果如图3所示，在0.1c、0.2c、0.4c、0.8c、1.6c、3.2c、6.4c、12.8c、16c下比容量分别为1558.1、1015、837.5、780、720、707.5、625、485、445mahg-1；在16c高倍率下循环10次后，重新回到0.1c循环，容量依旧可以达到1020mahg-1，说明材料具有优异的可逆性。
如图4所示，从其在0.8c、1.6c下的循环性能图中可以看出，分别循环150周和200周时，其相对于第二次放电容量保持率分别为75.46％、59.95％，说明材料具有较好的循环性能。
如图5所示，将产物按实施例相同的方法组装成电池，电化学测试表明产物在0.1c下循环前3次比容量分别为1447.5、983.75、996.25mahg-1。
实施例2
在室温下，称取0.16g的硫酸铁固体，加入到20ml的去离子水中，充分振荡，使得硫酸铁固体全部溶解，配制成0.02m的硫酸铁溶液备用。
在30ml的玻璃瓶中依次加入0.824gnaaot，15ml环己烷，2ml异丙醇，然后滴入0.5ml上述的硫酸铁溶液，使得水油比ω＝15。在超声波清洗器中超声振荡几分钟，直到混合溶液变澄清，即得到含有硝酸铁溶液的微乳液。
将配制得到的微乳液倒入聚四氟乙烯材质的反应釜中，放入70℃烘箱中，搁置12h后取出，将反应釜中的液体倒入离心管中，经过离心水洗3次后，得到fe2o3粉末。然后在50℃干燥6h，即可得到高容量fe2o3负极材料。
实施例3
在室温下，称取3.24g的氯化铁固体，加入到20ml的去离子水中，充分振荡，使得氯化铁固体全部溶解，配制成1.0m的硫酸铁溶液备用。
在30ml的玻璃瓶中依次加入0.32gsds，12ml正辛烷，3ml异丙醇，然后滴入0.5ml上述的硫酸铁溶液，使得水油比ω＝25。在超声波清洗器中超声振荡几分钟，直到混合溶液变澄清，即得到含有硝酸铁溶液的微乳液。
将配制得到的微乳液倒入聚四氟乙烯材质的反应釜中，放入80℃烘箱中，搁置12h后取出，将反应釜中的液体倒入离心管中，经过离心水洗3次后，得到fe2o3粉末。然后在60℃干燥5h，即可得到高容量fe2o3负极材料。
综上可知，本发明的制备方法可制备出具有纳米尺寸的fe2o3，作为锂离子电池负极材料可大大提高了电池的电化学性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。